EP1425616A1 - Optische anordnung und sende-/empfangsmodul für bidirektionale optische wdm-systeme und optische datenübertagungen - Google Patents

Optische anordnung und sende-/empfangsmodul für bidirektionale optische wdm-systeme und optische datenübertagungen

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EP1425616A1
EP1425616A1 EP01978154A EP01978154A EP1425616A1 EP 1425616 A1 EP1425616 A1 EP 1425616A1 EP 01978154 A EP01978154 A EP 01978154A EP 01978154 A EP01978154 A EP 01978154A EP 1425616 A1 EP1425616 A1 EP 1425616A1
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EP
European Patent Office
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arm
mach
directional coupler
zehnder interferometer
optical
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EP01978154A
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English (en)
French (fr)
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Ingo Baumann
Zhan Gao
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Infineon Technologies AG
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Infineon Technologies AG
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Publication of EP1425616B1 publication Critical patent/EP1425616B1/de
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    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00—Optical multiplex systems
    • H04J14/02—Wavelength-division multiplex systems

Definitions

  • the invention relates to an optical arrangement, in particular for bidirectional WDM systems with at least three wavelengths according to the preamble of claim 1 and a transmitter / receiver module for bidirectional optical data transmission with such an optical arrangement.
  • the modules for two-wavelength WDM applications have either a Mach-Zehnder interferometer, a directional coupler or a dielectric filter for the separation of two received wavelengths.
  • the modules for three-wavelength WDM applications usually have a hybrid structure made of glass fibers, micro- mirror and dielectric filters to separate the three wavelengths.
  • the present invention has for its object to provide an optical arrangement and a transmitter / receiver module for bidirectional optical data transmission, which are simple and with a high degree of integration.
  • the optical arrangement and the transmit / receive module should in particular enable bidirectional optical data transmission with two received and one transmitted wavelength.
  • the solution according to the invention then provides for an optical arrangement with a Mach-Zehnder interferometer and a directional coupler to be interleaved with one another such that an arm of the Mach-Zehnder interferometer is simultaneously one of the arms of the directional coupler or vice versa.
  • the Mach-Zehnder interferometer and the directional coupler are preferably integrated on one chip.
  • an optical arrangement can also be provided which contains a plurality of Mach-Zehnder interferometers and a plurality of directional couplers, a Mach-Zehnder interferometer and a directional coupler in each case being interleaved in the manner according to the invention.
  • cascading or another combination of Mach-Zehnder interferometers and directional couplers nested according to the invention can take place. The exact execution depends on it on the optical circuit to be realized.
  • One arm of the Mach-Zehnder interferometer preferably has a shorter length than the other arm.
  • the shorter arm of the Mach-Zehnder interferometer forms one arm of the directional coupler.
  • the arm of the directional coupler which is also an arm of the Mach-Zehnder interferometer, runs in a straight line, so that the directional coupler can be designed in a simple manner.
  • a phase shifter is placed on an arm of the Mach-Zehnder interferometer. This makes it possible to precisely adjust the phase difference between the signals running in the two arms of the Mach-Zehnder interferometer. In particular, technology fluctuations can be compensated for.
  • the Mach-Zehnder interferometer is preferably designed such that signals of a first and a second wavelength present at the input of the Mach-Zehnder interferometer are separated by the interferometer and forwarded in separate optical paths at the output of the interferometer.
  • the directional coupler is preferably designed in such a way that signals of a third wavelength, which are applied to one arm of the directional coupler, are completely coupled into the other arm of the directional coupler, which is also an arm of the Mach-Zehnder interferometer, and in the opposite direction as the signals of the first and second wavelength are in this arm.
  • the Mach-Zehnder interferometer has a 3 dB coupler on the input side, which divides the incoming signals equally between the two arms.
  • the two arms of the Mach-Zehnder interferometer merge into two separate optical paths, to which detection units are connected.
  • the optical arrangement is preferably integrated optically.
  • the optical waveguides and optical arms of the Mach-Zehnder interferometer and the directional coupler are optically integrated. In principle, however, fiber optic structures can also be used.
  • the transmission / reception module according to the invention is characterized by an optical arrangement according to claim 1. It is provided that a) the signals of at least two wavelengths to be detected separately are present at the input of the Mach-Zehnder interferometer, b) signals of two wavelengths are separated by the Mach-Zehnder interferometer and fed to separate detection devices and c) at the directional coupler Signals of a third wavelength to be coupled out of the module of the optical transmitter are present, these are coupled into the common arm with the Mach-Zehnder interferometer and fed to the input / output waveguide.
  • a module with a high degree of integration is provided that can separate at least three wavelengths (two incoming and one outgoing).
  • the directional coupler is assigned a further directional coupler, one arm of which is connected to the directional coupler and the other arm of which is connected to the optical transmitter, a) coupling radiation emitted by the optical transmitter into the arm of the further directional coupler connected to the directional coupler, and b) radiation present in the arm connected to the directional coupler, which is coupled in by the Mach-Zehnder interferometer, is not coupled into the arm of the further directional coupler connected to the optical transmitter. This ensures that interference radiation coupled into the directional coupler from the interferometer is not directed to the optical transmitter and thereby interferes with it.
  • the transmit / receive module according to the invention for a bidirectional optical data transmission has an optical arrangement according to claim 1, wherein signals of at least two wavelengths to be detected separately are present at the input of the Mach-Zehnder interferometer, two wavelengths separated by the Mach-Zehnder interferometer and separate detection devices are supplied and at the input of the directional coupler signals of a third wavelength to be coupled out of the module are applied to an optical transmitter of the module, as coupled in the common arms with the Mach-Zehnder interferometer and fed to an input / output waveguide.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a transceiver module with a Mach-Zehnder interferometer and two directional couplers
  • Figure 2 shows a second embodiment of a transmitter / receiver module with a Mach-Zehnder interferometer and two directional couplers and
  • FIGS. 1 and 2 shows the filter characteristic of the transmission / reception module of FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 1 shows a transceiver module for bidirectional optical data transmission with an optical arrangement that consists of a Mach-Zehnder interferometer 1 and two directional couplers 2, 3.
  • the module enables signals of different wavelengths to be separated or combined be transmitted in an optical fiber.
  • the transmitter / receiver module has an input / output waveguide 4, which is preferably an optical fiber, via which signals of a first wavelength ⁇ 1 and a second wavelength ⁇ 2 and in output or Transmission direction signals of a third wavelength ⁇ 3 are transmitted.
  • the signals of the wavelengths ⁇ l, ⁇ 2 are separated in the manner explained below by the Mach-Zehnder interferometer 1 and detected by two detection devices 51, 52, which are preferably photodiodes.
  • Signals of the wavelength ⁇ 3 are transmitted from a laser diode 6 to the input / output waveguide 4 via the two directional couplers 3, 2.
  • the wavelength ⁇ l is 1550 nm
  • the wavelength ⁇ 2_ is 1490 nm
  • the wavelength ⁇ 3 of the laser diode is 1310 nm.
  • other wavelengths can also be used for the bidirectional data transmission.
  • the directional coupler 1 has an upper arm 11 and a lower arm 12, which have a length difference ⁇ L.
  • the upper arm 11 has a greater length than the lower arm 12.
  • the lower arm 12 of the Mach-Zehnder interferometer 1 simultaneously forms the one arm 21 of the directional coupler 2, which consists of two parallel arms 21, 22, which run along one defined distance are closely adjacent, so that an energy exchange between the two arms 21, 22 can take place.
  • a highly integrated nested arrangement of a Mach-Zehnder interferometer 1 and a directional coupler 2 is thus provided, in which one arm 12 of the Mach-Zehnder interferometer simultaneously forms one of the arms 21 of a directional coupler.
  • the lower arm 22 of the directional coupler 2 is coupled to the laser diode 6 via the further directional coupler 3.
  • the directional coupler 3 has an upper arm 31 and a lower arm 32, which in turn are guided closely adjacent over a defined distance.
  • Laser light of wavelength ⁇ 3 is coupled by the laser diode into an adjacent waveguide, which passes into the lower arm 32 of the further directional coupler 3.
  • the laser light is then coupled in the directional coupler 3 into the upper arm 31, which is connected to the lower arm 22 of the directional coupler 2.
  • the Mach-Zehnder interferometer 1 works as a wavelength separator. At its input 13 there is a 3 dB coupler, one arm of which is connected to the input / output waveguide 4.
  • the 3 dB coupler 13 divides the input signal consisting of the wavelengths ⁇ l, ⁇ 2 equally between the two arms 11, 12 of the Mach-Zehnder interferometer 1. In the lower arm 12, the signal leads the phase ⁇ / 2 ahead of the signal in the upper arm 11.
  • phase shifter 8 is placed on the upper arm 11 of the Mach-Zehnder interferometer 1. This enables the phase difference between the signals running in the two arms 11, 12 of the Mach-Zehnder interferometer to be set precisely.
  • the phase shifter can also be dispensed with, which is indicated by the broken line.
  • the two arms are guided in close proximity to one another, so that an energy exchange can take place between the two arms.
  • the two arms 11, 12 merge into separate optical paths 71, 72, the signals of which are detected by the detection units 51 and 52, respectively.
  • At the output 14 of the Mach-Zehnder interferometer 1 there is a wavelength separation of the two wavelengths ⁇ l, ⁇ 2 in such a way that one wavelength ⁇ l is completely coupled into the upper path 71 and the other wavelength ⁇ 2 is completely coupled into the lower optical path 72.
  • the Mach-Zehnder interferometer is designed in such a way that the length difference ⁇ L for the upper wavelength, in the exemplary embodiment under consideration for the wavelength of 1550 nm, is 2 ⁇ .
  • the signal component of the wavelength ⁇ l running in the lower arm 12 leads the phase component of the signal component of the wavelength ⁇ l in the upper arm 11 and is completely coupled into the upper arm or the upper optical path 71 at the output node 14.
  • the signal of wavelength ⁇ 2 (in the present exemplary embodiment 1490 nm) is coupled in at the output 14 from the upper arm 11 into the lower arm 12 or the lower optical path 72.
  • the light of the wavelength ⁇ 3 is coupled into the input / output waveguide 4.
  • the light of the wavelength ⁇ 3 is transmitted via the further directional coupler 3 fed to the lower arm 22 of the directional coupler 2.
  • the signal of the wavelength ⁇ 3 is completely coupled into the upper arm 21 of the directional coupler 2, which is also the lower arm of the Mach-Zehnder interferometer 1.
  • the signal of wavelength ⁇ 3 is then fed to the input / output waveguide 4 via the 3 dB coupler 13.
  • the second directional coupler 3 fulfills the task of coupling the light of the wavelengths ⁇ l and ⁇ 2 into the directional coupler 2 to guide a dead arm 31 of the further directional coupler and in this way to keep it away from the laser diode 6.
  • a small proportion of the light of the wavelengths ⁇ l, ⁇ 2 is coupled into the directional coupler 2. This light is kept away from the laser diode 6 by the further directional coupler 3 in order to protect the laser diode.
  • the arrangement described can also be implemented without a second directional coupler 3. This is particularly the case if the laser diode 6 is of robust construction and its operation is not disturbed by the small proportion of light of wavelengths ⁇ l, ⁇ 2 received.
  • the exemplary embodiment in FIG. 1 thus describes a transmission / reception module with which three wavelengths ⁇ l, ⁇ 2, ⁇ _3__vonr_ can be separated from one another.
  • the wavelengths ⁇ l, ⁇ 2, which are coupled into the module by an input / output optical waveguide, are separated and received by two separate detection units 51, 52.
  • a signal of wavelength ⁇ 3 is coupled into the input / output waveguide 4 via the laser diode 6.
  • the exemplary embodiment of FIG. 2 differs from the exemplary embodiment of FIG. 1 in that the two arms 31 X 32 ⁇ of the second directional coupler 3 X do not run in parallel in a straight line as in FIG. 1, but instead run in parallel in a curved manner. This allows the overall size of the structure or module to be further reduced.
  • FIG. 3 shows the filter characteristic of the transmit / receive module of FIGS. 1 and 2, the wavelength ⁇ being plotted on the abscissa and the attenuation plotted on the ordinate, as is the case on the two photodiodes 51, 52 and the input / output waveguide 4 (for the wavelength ⁇ 3).
  • the dash-dotted line indicates the chung on the one photodetector 51, the dashed line indicates the power at the other photodetector 52 and the solid line indicates the attenuation at the input / output waveguide 4.
  • the embodiment of the invention is not limited to the exemplary embodiments described above. It is only essential for the invention that in an optical arrangement with a Mach-Zehnder interferometer and a directional coupler, these are interlocked with one another in such a way that one arm of the Mach-Zehnder interferometer simultaneously represents one of the arms of the directional coupler or vice versa.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung, insbesondere für bidirektionale WDM-Systeme mit mindestens drei Wellenlän-gen, die mindestens ein Mach-Zehnder-Interferometer (I) mit einem ersten Arm und einem zweiten Arm und mindestens einen Richtkoppler mit einem ersten Arm (11) und einem zweiten Arm (12) aufweist. Erfindungemäß sind mindestens ein Mach-Zehnder-Interferometer (1) und mindestens ein Richtkoppler (2) derart miteinander verschachtelt, dass ein Arm (12) des Mach-Zehnder-Interferometers (1) gleichzeitig einer der Arme (21) des Richtkopplers (2) ist bzw. umgekehrt. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Sende-/Empfangsmodul mit einer derartigen optischen Anordnung.

Description

Beschreibung
OPTISCHE ANORDNUNG UND SENDE- /EMPFANGSMODUL FÜR BIDIREKTIONALE OPTISCHE WD -SYSTEME UND OPTISCHE DATENÜBERTRAGUNGEN
Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung, insbesondere für bidirektionale WDM-Systeme mit mindestens drei Wellenlängen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Sende-/ Empfangsmodul für eine bidirektionale optische Datenübertragung mit einer derartigen optischen Anordnung.
Es ist in der optischen Nachrichtentechnik bekannt, zur Übertragung einer möglichst großen Datenmenge über einen Lichtwellenleiter die zu übertragenden Daten zu multiplexen. Eine Möglichkeit hierzu besteht darin, mit mehreren Wellenlängen unabhängig und gleichzeitig über einen Wellenleiter Informationen zu übertragen. Insbesondere sind sogenannte WDM- Systeme (Wavelength Division Multiplex) bekannt, bei denen Informationen parallel auf mehreren Datenkanälen unterschiedlicher Wellenlänge in einer Faser übertragen werden. Dabei ist es notwendig, auf der Sendeseite die Signale verschiedener Lichtquellen in einen Lichtwellenleiter zu vereinigen und auf der Empfängerseite die Signale verschiedener Wellenlängen aus dem ankommenden Wellenleiter in einzelne Kanäle zur getrennten Detektion aufzuteilen. Wenn auf einer Lichtfaser Signale in beiden Richtungen übertragen werden, liegt eine bidirektionale Datenübertragung vor. Diese Technik kann durch bidirektionale Module realisiert werden.
Es sind bidirektionale Module für Zweiwellenlängen- und Drei- wellenlängen-WDM-Applikationen bekannt. Die Module für Zwei- wellenlängen-WDM-Applikationen besitzen entweder einen Mach- Zehnder-Interferometer, einen Richtkoppler oder einen dielektrischen Filter für die Trennung von zwei empfangenen Wellenlängen. Die Module für Dreiwellenlängen-WDM-Applikationen besitzen in der Regel eine Hybridaufbau aus Glasfasern, Mikro- spiegeln und dielektrischen Filtern, um die drei Wellenlängen zu separieren.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Anordnung sowie ein Sende-/Empfangsmodul für eine bidirektionale optische Datenübertragung zur Verfügung zu stellen, die einfach und mit hohem Integrationsgrad ausgebildet sind. Die optische Anordnung und das Sende-/Empangsmodul sollen insbesondere eine bidirektionale optische Datenübertragung mit zwei empfangenen und einer ausgesandten Wellenlänge ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine optische Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Sende-/ Empfangsmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Danach sieht die erfindungsgemäße Lösung vor, bei einer optischen Anordnung mit einem Mach-Zehnder-Interferometer und einem Richtkoppler dieser derart miteinander zu verschachteln, dass ein Arm des Mach-Zehnder-Interferometers gleichzeitig einer der Arme des Richtkopplers ist bzw. umgekehrt. Auf diese Weise wird der Platzbedarf für die optische Anordnung minimiert und der Integrationsgrad erhöht. Das Mach-Zehnder- Interferometer und der Richtkoppler sind dabei bevorzugt auf einem Chip integriert.
Es wird darauf hingewiesen, dass gemäß der vorliegenden Erfindung auch eine optische Anordnung vorgesehen sein kann, die mehrere Mach-Zehnder-Interferometer und mehrere Richtkoppler enthält, wobei jeweils ein Mach-Zehnder- Interferometer und ein Richtkoppler in der erfindungsgemäßen Weise miteinander verschachtelt sind. Es kann somit beispielsweise eine Kaskadierung oder eine andere Kombination erfindungsgemäß verschachtelter Mach-Zehnder-Interferometer und Richtkoppler erfolgen. Die genaue Ausführung hängt dabei von der zu realisierenden optischen Schaltung ab.
Der eine Arm des Mach-Zehnder-Interferometers weist bevorzugt eine geringere Länge auf als der andere Arm. Dabei bildet der Arm geringerer Länge des Mach-Zehnder-Interferometers den einen Arm des Richtkopplers aus. Insbesondere verläuft der Arm des Richtkopplers, der gleichzeitig ein Arm des Mach-Zehnder- Interferometers ist, geradlinig, so daß eine einfache Ausbildung des Richtkopplers erfolgen kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist auf einen Arm des Mach-Zehnder-Interferometers ein Phasenschieber gelegt. Dies ermöglich es, die Phasendifferenz zwischen den in den beiden Armen des Mach-Zehnder-Interferometers verlaufenden Signale genau einzustellen. Insbesondere können Technologieschwankungen ausgeglichen werden.
Bevorzugt ist das Mach-Zehnder-Interferometer derart ausgebildet, dass am Eingang des Mach-Zehnder-Interferometers anliegende Signale einer ersten und einer zweiten Wellenlänge durch das Interferometer getrennt und am Ausgang des Inter- ferometers in getrennten optischen Pfaden weitergeleitet werden. Der Richtkoppler ist bevorzugt derart ausgebildet ist, dass Signale einer dritten Wellenlänge, die an dem einen Arm des Richtkopplers anliegen, in den anderen Arm des Richtkopplers, der gleichzeitig einen Arm des Mach-Zehnder- Interferometers ist, vollständig eingekoppelt und dabei in entgegengesetzter Richtung wie die Signale der ersten und zweiten Wellenlänge in diesem Arm verlaufen.
Das Mach-Zehnder-Interferometer weist in einer vorteilhaften Ausführungsform eingangsseitig einen 3-dB-Koppler auf, der die eingehenden Signale zu gleichen Teilen auf die beiden Arme aufteilt. Ausgangsseitig gehen die beiden Arme des Mach- Zehnder-Interferometers in zwei getrennte optische Pfade über, an die sich Detektionseinheiten anschließen. Die optische Anordnung ist bevorzugt integriert optisch ausgebildet. Insbesondere sind die Lichtwellenleiter und optischen Arme des Mach-Zehnder-Interferometers und des Richtkopplers integriert optisch ausgebildet. Grundsätzlich können jedoch auch faseroptische Strukturen verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Sende-/Empfangsmodul ist durch eine optische Anordnung nach Anspruch 1 gekennzeichnet. Dabei ist vorgesehen, daß a) am Eingang des Mach-Zehnder-Interferometers die Signale mindestens zweier getrennt zu detektierender Wellenlängen anliegen, b) Signale zweier Wellenlängen durch das Mach-Zehnder- Interferometer getrennt und getrennten Detektionseinrich- tungen zugeführt werden und c) am Richtkoppler Signale einer dritten, aus dem Modul auszukoppelnden Wellenlänge des optischen Senders anliegen, diese in den gemeinsamen Arm mit dem Mach-Zehnder- Interferometer eingekoppelt und dem Ein-/Aus- gangswellenleiter zugeführt werden.
Es wird eine Modul mit einem hohem Integrationsgrad bereitgestellt, daß mindestens drei Wellenlängen separieren kann (zwei eingehende und eine ausgehende).
In einer bevorzugten Weiterbildung ist dem Richtkoppler ein weiterer Richtkoppler zugeordnet, dessen einer Arm mit dem Richtkoppler und dessen anderer Arm mit dem optischen Sender verbunden ist, wobei a) vom optischen Sender ausgesandte Strahlung in den mit dem Richtkoppler verbundenen Arm des weiteren Richtkopplers eingekoppelt wird und b) in dem mit dem Richtkoppler verbundenen Arm vorhandene Strahlung, die vom Mach-Zehnder-Interferometer eingekoppelt ist, nicht in den mit dem optischen Sender verbundenen Arm des weiteren Richtkopplers eingekoppelt wird. Hierdurch wird gewährleistet, daß aus dem Interferometer in den Richtkoppler eingekoppelte Störstrahlung nicht auf den optischen Sender geleitet wird und diesen dadurch stört.
Das erfindungsgemäße Sende-/Empfangsmodul für eine bidirektionale optische Datenübertragung weist eine optische Anordnung gemäß Anspruch 1 auf, wobei am Eingang des Mach-Zehnder- Interferometers Signale mindestens zweier getrennt zu detek- tierender Wellenlängen anliegen, zwei Wellenlängen durch das Mach-Zehnder-Interferometer getrennt und gesonderten Detekti- onseinrichtungen zugeführt werden und am Eingang des Richtkopplers Signale einer dritten, aus dem Modul auszukoppelnden Wellenlänge einer optischen Sendeeinrichtung des Moduls anliegen, wie in den gemeinsamen Armen mit dem Mach-Zehnder- Interferometer eingekoppelt und einem Ein- /Ausgangswellenleiter zugeführt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Sende-/ Empfangsmoduls mit einem Mach-Zehnder-Interferometer und zwei Richtkopplern;
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Sende-/ Empfangsmoduls mit einem Mach-Zehnder-Interferometer und zwei Richtkopplern und
Figur 3 die Filtercharakteristik des Sende-/Empfangsmoduls der Figuren 1 und 2.
Figur 1 zeigt ein Sende-/Empfangsmodul für eine bidirektionale optische Datenübertragung mit einer optischen Anordnung, die aus einem Mach-Zehnder-Interferometer 1 und zwei Richtkopplern 2, 3 besteht. Das Modul ermöglicht ein Trennen bzw. Vereinigen von Signalen unterschiedlicher Wellenlängen, die in einem Lichtwellenleiter übertragen werden.
So weist das Sende-/Empfangsmodul einen Ein-/Ausgangswellen- leiter 4 auf, bei dem es sich bevorzugt um eine Glasfaser handelt, über die in Eingangs- bzw. Empfangsrichtung Signale einer ersten Wellenlänge λl und einer zweiten Wellenlänge λ2 und in Ausgangs- bzw. Senderichtung Signale einer dritten Wellenlänge λ3 übertragen werden. Die Signale der Wellenlängen λl, λ2 werden in weiter unten erläuterter Weise durch das Mach-Zehnder-Interferometer 1 separiert und von zwei Detekti- onseinrichtungen 51, 52, bei denen es sich bevorzugt um Fotodioden handelt, detektiert. Signale der Wellenlänge λ3 werden von einer Laserdiode 6 über die beiden Richtkoppler 3, 2 an den Ein-/Ausgangswellenleiter 4 übertragen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel liegt die Wellenlänge λl bei 1550 nm,_ die Wellenlänge λ2_ bei 1490 nm und die Wellenlänge λ3 der Laserdiode bei 1310 nm. Grundsätzlich können jedoch auch andere Wellenlängen für die bidirektionale Datenübertragung verwendet werden.
Der Richtkoppler 1 weist einen oberen Arm 11 und einen unteren Arm 12 auf, die eine Längendifferenz ΔL aufweisen. Der obere Arm 11 besitzt dabei eine größere Länge als der untere Arm 12. Der untere Arm 12 des Mach-Zehnder-Interferometers 1 bildet gleichzeitig den einen Arm 21 des Richtkopplers 2, der aus zwei parallel verlaufenden Armen 21, 22 besteht, die längs einer definierten Strecke eng benachbart sind, so dass ein Energieaustausch zwischen den beiden Armen 21, 22 erfolgen kann.
Es ist somit eine hochintegrierte verschachtelte Anordnung eines Mach-Zehnder-Interferometers 1 und eines Richtkopplers 2 vorgesehen, bei der der eine Arm 12 des Mach-Zehnder- Interferometers gleichzeitig einen der Arme 21 eines Richtkopplers ausbildet. Der untere Arm 22 des Richtkopplers 2 ist über den weiteren Richtkoppler 3 mit der Laserdiode 6 gekoppelt. Der Richtkoppler 3 weist einen oberen Arm 31 und einen unteren Arm 32 auf, die wiederum über eine definierte Strecke eng benachbart geführt sind.
Laserlicht der Wellenlänge λ3 wird von der Laserdiode in einen angrenzenden Wellenleiter eingekoppelt, der in den unteren Arm 32 des weiteren Richtkopplers 3 übergeht. Das Laserlicht wird dann in dem Richtkoppler 3 in den oberen Arm 31 eingekoppelt, der mit dem unteren Arm 22 des Richtkopplers 2 verbunden ist.
Das Mach-Zehnder-Interferometer 1 arbeitet als Wellenlängen- trenner. An seinem Eingang 13 liegt ein 3-dB-Koppler, dessen einer Arm mit dem Ein-/Ausgangswellenleiter 4 verbunden ist. Der 3-dB-Koppler 13 teilt das aus den Wellenlängen λl, λ2 bestehende Eingangssignal zu gleichen Teilen auf die beiden Arme 11, 12 des Mach-Zehnder-Interferometers 1 auf. In dem unteren Arm 12 eilt das Signal dabei um die Phase π/2 dem Signal in dem oberen Arm 11 voraus.
Optional ist auf den oberen Arm 11 des Mach-Zehnder- Interferometers 1 ein Phasenschieber 8 gelegt. Dieser ermöglich, die Phasendifferenz zwischen den in den beiden Armen 11, 12 des Mach-Zehnder-Interferometers verlaufenden Signale genau einzustellen. Es kann auf den Phasenschieber jedoch auch verzichtet werden, was durch die gestrichelte Darstellung angedeutet wird.
Am Ausgang 14 des Mach-Zehnder-Interferometers 1 werden die beiden Arme eng benachbart zueinander geführt, so dass ein Energieaustausch zwischen den beiden Armen erfolgen kann. Die beiden Arme 11, 12 gehen dabei in getrennte optische Pfade 71, 72 über, deren Signale durch die Detektionseinheiten 51 bzw. 52 detektiert werden. Dabei erfolgt am Ausgang 14 des Mach-Zehnder-Interferometers 1 eine Wellenlängentrennung der beiden Wellenlängen λl, λ2 dahingehend, dass die eine Wellenlänge λl vollständig in den oberen Pfad 71 eingekoppelt und die andere Wellenlänge λ2 vollständig in den unteren optischen Pfad 72 eingekoppelt wird. Dies hängt damit zusammen, dass am Ausgangsknoten 14 die phasenverschobenen Signale der beiden Arme 11, 12 derart miteinander wechselwirken, dass die in der Phase vorauseilende Wellenlänge bzw. die in der Phase nachhinkende Wellenlänge jeweils in den anderen Pfad eingekoppelt wird. Dabei ist das Mach-Zehnder-Interferometer derart ausgelegt, dass die Längendifferenz ΔL für die obere Wellenlänge, im betrachteten Ausführungsbeispiel also für die Wellenlänge von 1550 nm, 2π beträgt. Der im unteren Arm 12 verlaufende Signalanteil der Wellenlänge λl eilt in der Phase dem Signalanteil der Wellenlänge λl in dem oberen Arm 11 voraus und wird an dem Ausgangsknoten 14 vpllständig_in__den oberen Arm bzw. den oberen optischen Pfad 71 eingekoppelt. In entsprechender Weise wird das Signal der Wellenlänge λ2 (im vorliegenden Ausführungsbeispiel 1490 nm) am Ausgang 14 von dem oberen Arm 11 in den unteren Arm 12 bzw. den unteren optischen Pfad 72 eingekoppelt .
Gleichzeitig zu der Trennung der beiden Wellenlängen λl, λ2 durch das Mach-Zehnder-Interferometer 1 erfolgt eine Einkopp- lung des Lichtes der Wellenlänge λ3 in den Ein-/ Ausgangswellenleiter 4. Wie bereits erläutert, wird das Licht der Wellenlänge λ3 über den weiteren Richtkoppler 3 dem unteren Arm 22 des Richtkopplers 2 zugeführt. In dem Richtkoppler 2 wird das Signal der Wellenlänge λ3 vollständig in den oberen Arm 21 des Richtkopplers 2 eingekoppelt, der gleichzeitig der untere Arm des Mach-Zehnder-Interferometers 1 ist. Das Signal der Wellenlänge λ3 wird dann über den 3-dB-Koppler 13 dem Ein-/Ausgangswellenleiter 4 zugeführt.
Der zweite Richtkoppler 3 erfüllt die Aufgabe, in den Richtkoppler 2 eingekoppeltes Licht der Wellenlängen λl und λ2 in einen toten Arm 31 des weiteren Richtkopplers zu leiten und auf diese Weise von der Laserdiode 6 fernzuhalten. So wird in den Richtkoppler 2 aufgrund des gemeinsamen Arm mit dem Mach- Zehnder-Interferometer, ohne das dies erwünscht wäre, ein kleiner Anteil des Lichtes der Wellenlängen λl, λ2 eingekoppelt. Durch den weiteren Richtkoppler 3 wird dieses Licht von der Laserdiode 6 ferngehalten, um die Laserdiode zu schützen.
Grundsätzlich kann die beschriebene Anordnung jedoch auch ohne einen zweiten Richtkoppler 3 realisiert werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Laserdiode 6 robust aufgebaut und durch den geringen Anteil empfangenen Lichts der Wellenlängen λl, λ2 in ihrem Betrieb nicht gestört wird.
Das Ausführungsbeispiel der Figur 1 beschreibt somit ein Sende-/Empfangsmodul,_ mit dem drei Wellenlängen λl, λ2, λ_3__vonr_ einander getrennt werden können. Die Wellenlängen λl, λ2, die von einem Ein-/Ausgangslichwellenleiter in das Modul eingekoppelt werden, werden dabei getrennt und von zwei gesonderten Detektionseinheiten 51, 52 empfangen. Über die Laserdiode 6 wird ein Signal der Wellenlänge λ3 in den Ein-/ Ausgangswellenleiter 4 eingekoppelt.
Das Ausführungsbeispiel der Figur 2 unterscheidet sich insofern von dem Ausführungsbeispiel der Figur 1, als die beiden Arme 31 X 32 Λ des zweiten Richtkopplers 3X nicht wie in Figur 1 geradlinig parallel verlaufen, sondern statt dessen gekrümmt parallel verlaufen. Hierdurch läßt sich die Gesamtgröße der Struktur bzw. der Moduls weiter verkleinern.
Figur 3 zeigt die Filtercharakteristik des Sende- /E pfangsmoduls der Figuren 1 und 2 , wobei auf der Abszisse die Wellenlänge λ und auf der Ordinate die Abschwächung aufgetragen ist, wie sie an den beiden Fotodioden 51, 52 bzw. dem Ein-/Ausgangswellenleiter 4 (für die Wellenlänge λ3 ) vorliegt. Die strich-punktierte Linie gibt dabei- die Abschwä- chung an dem einen Photodetektor 51, die gestrichelte Linie die Leistung an dem anderen Photodetektor 52 und die durchgezogene Linie die Schwächung am Ein-/Ausgangswellenleiter 4 an.
Es ist zu erkennen, dass an dem Empfänger 51 für die Wellenlänge λl (1550 nm) fast keine Schwächung vorliegt. Gleiches gilt für die Wellenlänge λ2 (1490 nm) bei der Fotodiode 52 und für die Wellenlänge λ3 (1310 nm) bei dem Ein- /Ausgangswellenleiter 4. Die optische Isolation zwischen 1310 nm und 1490 nm sowie zwischen 1310 nm und 1550 nm ist dabei größer als 30 dB und die Isolation zwischen 1490 nm und 1550 nm liegt bei ca. 20 dB. Es erfolgt somit eine sehr hochwertige Trennung der einzelnen Wellenlängen.
Die Erfindung schränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend dargestellten Ausführungsbeispiele. Wesentlich für die Erfindung ist allein, dass bei einer optischen Anordnung mit einem Mach-Zehnder-Interferometer und einem Richtkoppler diese derart miteinander verschränkt sind, dass der eine Arm des Mach-Zehnder-Interferometers gleichzeitig einen der Arme des Richtkopplers darstellt bzw. umgekehrt.

Claims

Patentansprüche
1. Optische Anordnung, insbesondere für bidirektionale WDM- Systeme mit mindestens drei Wellenlängen, die mindestens ein Mach-Zehnder-Interferometer mit einem ersten Arm und einem zweiten Arm und mindestens einen Richtkoppler mit einem ersten Arm und einem zweiten Arm aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein Mach-Zehnder-Interferometer (1) und mindestens ein Richtkoppler (2) derart miteinander verschachtelt sind, dass ein Arm (12) des Mach-Zehnder-Interferometers (1) gleichzeitig einer der Arme (21) des Richtkopplers (2) ist bzw. umgekehrt.
2. Optische Anordnung nach Anspruch 1, wobei der eine Arm des Mach-Zehnder-Interferometers eine geringere Länge aufweist als der andere Arm, dadurch gekennzeichnet, dass der Arm (12) geringerer Länge des Mach-Zehnder- Interferometers gleichzeitig der eine Arm (21) des Richtkopplers ist.
3. Optische Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Arm (21) des Richtkopplers, der gleichzeitig ein Arm (12) des Mach-Zehnder- Interferometers ist, geradlinig verläuft.
4. Optische Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen Arm (11) des Mach-Zehnder-Interferometers ein Phasenschieber (8) gelegt ist.
5. Optische Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mach- Zehnder-Interferometer derart ausgebildet ist, dass am Eingang (13) des Mach-Zehnder-Interferometers anliegende Signale einer ersten und einer zweiten Wellenlänge durch das Interferometer getrennt und am Ausgang (14) des Interferometers in getrennten optischen Pfaden (71, 72) weitergeleitet werden.
6. Optische Anordnung mach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Richtkoppler (2) derart ausgebildet ist, dass Signale einer dritten Wellenlänge, die an dem einen Arm (22) des Richtkopplers anliegen, in den anderen Arm (21) des Richtkopplers, der gleichzeitig einen Arm des Mach- Zehnder-Interferometers ist, vollständig eingekoppelt und dabei in entgegengesetzter Richtung wie die Signale der ersten und zweiten Wellenlänge in diesem Arm (21) verlaufen.
7. Optische Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mach- Zehnder-Interferometer eingangsseitig einen 3-dB-Koppler (13) aufweist und die beiden Arme (11, 12) des Mach-Zehnder- Interferometers ausgangsseitig in zwei getrennte optische Pfade (71, 72) übergehen.
8. Optische Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Richtkoppler (2) ein weiterer Richtkoppler (3) gekoppelt ist, dessen einer Arm (31) mit dem Arm (22) des Richtkopplers verbunden ist, der nicht gleichzeitig ein Arm des Mach-Zehnder- Interferometers ist, und dessen anderer Arm (32) mit einer optischen Anordnung (6) verbunden ist.
10. Optische Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Arme (31 Λ, 32Λ) des weiteren Richtkopplers (3Λ) parallel verlaufend und gekrümmt ausgebildet sind.
11. Optische Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Anordnung integriert optisch ausgebildet ist, insbesondere die Lichtwellenleiter (71, 72) und optischen Arme (11, 12, 21, 22, 31, 32) des Mach-Zehnder-Interferometers und des Richtkopplers integriert optisch ausgebildet sind.
12. Sende-/Empfangsmodul für eine bidirektionale optische Datenübertragung, insbesondere für WDM-Systeme mit mindestens drei Wellenlängen, mit mindestens zwei Detektionseinrichtun- gen, mindestens einer Sendeeinrichtung und einem Ein-/ Ausgangswellenleiter, über den Signale mindestens zweier Wellenlängen zu dem Sende-/Empfangsmodul übertragen und Signale mindestens einer Wellenlänge von dem Sende-/Empfangsmodul ausgesandt werden,
gekennzeichnet durch
mindestens eine optische Anordnung nach Anspruch 1, wobei d) am Eingang des Mach-Zehnder-Interferometers (1) die Signale mindestens zweier getrennt zu detektierender WeJX lenlängen (λl, λ2) anliegen, e) Signale zweier Wellenlängen (λl, λ2) durch das Mach- Zehnder-Interferometer (1) getrennt und getrennten Detek- tionseinrichtungen (51, 52) zugeführt werden und f) am Richtkoppler (2) Signale einer dritten, aus dem Modul auszukoppelnden Wellenlänge (λ3) des optischen Senders (6) anliegen, diese in den gemeinsamen Arm (12, 21) mit dem Mach-Zehnder-Interferometer eingekoppelt und dem Ein-/Aus- gangswellenleiter (4) zugeführt werden.
13. Sende-/Empfangsmodul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem Richtkoppler (2) ein weiterer Richtkoppler (3) zugeordnet ist, dessen einer Arm (31) mit dem Richtkoppler (2) und dessen anderer Arm (32) mit dem optischen Sender (6) verbunden ist, wobei c) vom optischen Sender (6) ausgesandte Strahlung in den mit dem Richtkoppler verbundenen Arm (31) des weiteren Richtkopplers (3) eingekoppelt wird und d) in dem mit dem Richtkoppler verbundenen Arm (31) vorhandene Strahlung, die vom Mach-Zehnder-Interferometer (1) eingekoppelt ist, nicht in den mit dem optischen Sender verbundenen Arm (32) des weiteren Richtkopplers (3) eingekoppelt wird.
14. Sende-/Empfangsmodul nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass einer erste empfangene Wellenlänge (λl) bei 1550 nm, eine zweite empfangene Wellenlänge (λ2) bei 1490 nm und eine dritte, ausgesandte Wellenlänge (λ3) bei 1310 nm liegen.
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